(57)【要約】【課題】吸熱効率の高い潜熱熱交換器を提供すること。【解決手段】潜熱熱交換器は、底部に排気入口４０１を有するケーシング４０と、排気入口４０１へ送り込まれたガスの燃焼排気をケーシング４０内の上域へ導く上下開放の排気導入筒４３と、排気導入筒４３を通ってケーシング４０内へ送り込まれた燃焼排気から潜熱を回収する吸熱管４１とを備え、  吸熱管４１は、排気導入筒４３を中心として渦巻状に形成された複数の渦状部４１１，４１２を、上下に層を成して並設した構成である。【選択図】図２
2010190508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部に排気入口を有するケーシングと、排気入口へ送り込まれたガスの燃焼排気をケーシング内の上域へ導く上下開放の排気導入筒と、排気導入筒を通ってケーシング内へ送り込まれた燃焼排気から潜熱を回収する吸熱管とを備え、
吸熱管は、排気導入筒を中心として渦巻状に形成された複数の渦状部を、上下に層を成して並設した構成であることを特徴とする、潜熱熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の潜熱熱交換器において、
所定の間隙をもって排気導入筒の外周を覆い、ケーシング内の上域へ送り込まれた燃焼排気をケーシングの下域へ導く下端開放の筒カバーを備え、
排気導入筒の外周面と筒カバーの内周面とで挟まれた空間内に前記吸熱管を配設したことを特徴とする、潜熱熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の潜熱熱交換器において、
渦状部相互が上下に密接していることを特徴とする、潜熱熱交換器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の潜熱熱交換器において、
排気導入筒の周壁を二重構造としたことを特徴とする、潜熱熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼排気中に含まれる水蒸気を吸熱管の表面で凝縮させ、その燃焼排気から潜熱を回収する潜熱熱交換器、特に、給湯器や風呂釜等に組み込まれる潜熱熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
給湯器や風呂釜等に組み込まれる従来の熱交換器において、螺旋状の吸熱管を備えた顕熱回収型の熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、上記従来の顕熱熱交換器９を備えたガス湯沸器７の概略構成図である。このガス湯沸器７は、外装ケース７０下端の開放部から排気するダウンフロー式のガス湯沸器であり、下端が開放する筒状の外装ケース７０内に、ガスと空気の混合ガスを燃焼させるバーナ８と、バーナから放出された混合ガスの燃焼排気から顕熱を回収する顕熱熱交換器９とが収容されている。
【０００４】
顕熱熱交換器９のケーシング９０は、下端が開放する筒状に形成されており、このケーシング９０内には、バーナ８の外周を覆う上端開放の排気導入筒９３が設けられている。また、排気導入筒９３の内部空間Ｓ１は、上端開放部９３２を介してケーシング９０の内部空間Ｓ２へ繋がっており、ケーシング９０の内部空間Ｓ２は、下端開放部９０２を介して外装ケース７０外へ繋がっている。そして、この排気導入筒９３およびケーシング９０の各内周面に、燃焼排気から顕熱を回収する吸熱管９１が螺旋状に配設されている。
【０００５】
従って、バーナ８から放出された混合ガスの燃焼排気は、排気導入筒９３の内部空間Ｓ１を通って上端開放部９３２へ導かれた後、さらにケーシング９０の内部空間Ｓ２を通って下端開放部９０２から外装ケース７０外へ放出され、その際、排気導入筒９３およびケーシング９０の各内周面に設けられた吸熱管９１の表面から顕熱が回収される。
【０００６】
このものでは、吸熱管９１が排気導入筒９３の内周面からケーシング９０の内周面に至る比較的広い範囲に配設されているから、吸熱管９１の表面と燃焼排気との接触面積が広く、高い顕熱回収能力を発揮できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−４８４４２号公報
【特許文献２】特開昭５９−６３４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、一般的に、燃焼排気から潜熱を回収する潜熱回収型の熱交換器では、吸熱管の間隙を通過する燃焼排気の流速が低いほど、吸熱管と燃焼排気との接触時間が長くなるから、その分、吸熱管の表面に凝縮し得る水蒸気の量が多くなり、吸熱効率が向上する。
しかしながら、上記従来の顕熱熱交換器９では、吸熱管９１が排気導入筒９３およびケーシング９０の各内周面に沿って螺旋状に設けられており、燃焼排気がその吸熱管９１の表面をスムーズに通過する構成であるから、単にこの構成を潜熱回収型の熱交換器に採用しても、吸熱効率の向上が見込めない。
【０００９】
本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、吸熱効率の高い潜熱熱交換器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る潜熱熱交換器は、
底部に排気入口を有するケーシングと、排気入口へ送り込まれたガスの燃焼排気をケーシング内の上域へ導く上下開放の排気導入筒と、排気導入筒を通ってケーシング内へ送り込まれた燃焼排気から潜熱を回収する吸熱管とを備え、
吸熱管は、排気導入筒を中心として渦巻状に形成された複数の渦状部を、上下に層を成して並設した構成であることを特徴とするものである。
【００１１】
上記構成によれば、排気導入筒からケーシング内へ導かれた燃焼排気は、上下に層を成して並設された各渦状部の周囲で乱流となり、流速を低下させつつそれら渦状部を通過するから、吸熱管の表面と燃焼排気との接触時間が比較的長くなる。これにより、吸熱管の表面に多くの水蒸気を凝縮させ、潜熱を回収することが可能である。
【００１２】
上記潜熱熱交換器において、所定の間隙をもって排気導入筒の外周を覆い、ケーシング内の上域へ送り込まれた燃焼排気をケーシングの下域へ導く下端開放の筒カバーを備え、
排気導入筒の外周面と筒カバーの内周面とで挟まれた空間内に吸熱管を配設するのが望ましい。
【００１３】
吸熱管の表面で多量のドレンが発生し、水膜となって残留した場合には、その管体への熱伝達が妨げられて、吸熱効率を低下させる恐れがある。これに対して、上記構成のものでは、ケーシング内の上域から下域へ流れる燃焼排気によって、吸熱管の表面に付着したドレンの流下が促されるから、その表面に水膜が形成され難い。これにより、安定して高い吸熱効率を発揮できる。
【００１４】
また、上記潜熱熱交換器において、渦状部相互が上下に密接しているのが望ましい。これによれば、吸熱管の表面に付着したドレンがそれら各渦状部の表面を伝って流れ落ち易いから、その表面に水膜が一層形成され難い。これにより、一層安定して高い吸熱効率を発揮できる。
【００１５】
また、上記潜熱熱交換器において、排気導入筒の周壁を二重構造としたものとしても良い。これによれば、排気導入筒の内周面に燃焼排気中の水蒸気が凝縮し難いから、燃焼排気が吸熱管へ到達するまでの間に、その燃焼排気中の熱が奪われてしまうのを抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、上記構成であるから次の特有の効果を有する。
吸熱管の間隙を通過する燃焼排気の流速を低下させ、吸熱管の表面と燃焼排気との接触時間を長くしたことによって、吸熱管の表面に多くの水蒸気を凝縮させることが可能であるから、吸熱効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器を備えた給湯器の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器の縦断面概略図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器の吸熱管の分解斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器の分解斜視図である。
【図５】従来の熱交換器を備えた風呂釜の縦断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、上記した本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳述する。
図１は、本発明の実施の形態に係る潜熱熱交換器４を備えた給湯器１であり、主として、ガスと空気の混合ガスを燃焼させるバーナ２と、バーナ２から放出された混合ガスの燃焼排気から顕熱を回収する顕熱熱交換器３と、燃焼排気から潜熱を回収する潜熱熱交換器４と、バーナ２へ器外の空気を送り込む給気ファン５とで構成されている。
【００１９】
バーナ２は、上端が開放する矩形箱状の燃焼ケース１０内に収容されており、給気ファン５から燃焼ケース１０内へ送り込まれた空気と、ガス配管ＬＧから送り込まれた燃料ガスとの混合ガスの燃焼排気を、後述する缶体３０内へ放出する。
【００２０】
顕熱熱交換器３は、上下に開放する矩形筒状の缶体３０内に、上記燃焼排気から顕熱を回収する吸熱管３１を収容したものであり、この缶体３０の下端に燃焼ケース１０の上端が接続されている。
【００２１】
また、顕熱熱交換器３の吸熱管３１の一端には、カランやシャワー等の温水供給先へ繋がる往き配管Ｌ２が接続されている一方、他端は、後述する潜熱熱交換器４の吸熱管４１の一端側へ繋がっている。
【００２２】
潜熱熱交換器４は、矩形箱状のケーシング４０内に、上記燃焼排気から潜熱を回収する吸熱管４１を収容したものであり、このケーシング４０の底部に缶体３０の上端が接続されている。
【００２３】
ケーシング４０の底部には、缶体３０内を通過した燃焼排気の排気入口４０１が設けられている一方、ケーシング４０の上部には、ケーシング４０内を通過した燃焼排気の排気出口４０２が設けられている。
【００２４】
また、潜熱熱交換器４の吸熱管４１の一端側は、上記顕熱熱交換器３の吸熱管３１の一端へ繋がっている一方、他端側には、図示しない給水配管へ繋がる戻り配管Ｌ１が接続されている。
【００２５】
従って、図示しない給水配管から戻り配管Ｌ１を通って潜熱熱交換器４の吸熱管４１へ送り込まれた水は、燃焼排気の潜熱によって加熱された後、顕熱熱交換器３の吸熱管３１へ導かれ、さらに燃焼排気の顕熱によって加熱され、往き配管Ｌ２から温水供給先へ送り出される。
【００２６】
潜熱熱交換器４について詳述すると、図２に示すように、ケーシング４０の底板４２の中央には、ケーシング４０内上方へ隆起する断面逆Ｖ字状の隆起部４２０が形成されており、さらにこの隆起部４２０の頂部には、ケーシング４０の内部上域まで延びる筒体（以下、「排気導入筒」という）４３が立設されている。尚、上記底板４２上面の最下部には、給湯器１に設けられたドレン中和器へ繋がる排水孔（図示しない）が開設されている。
【００２７】
また、底板４２の裏面は、中央部に上記隆起部４２０と略同一形状の隆起部４４０を有する底カバー４４で覆われており、その底板４２と底カバー４４との間に空気の層が形成されている。
【００２８】
一方、排気導入筒４３の内周面は、上下に開放する内筒４５で覆われており、その排気導入筒４３と内筒４５との間に空気の層が形成されている。尚、内筒４５の下端開放部４５１は、底カバー４４の隆起部４４０の頂部を貫通してケーシング４０の下方へ臨んでおり、この下端開放部４５１が上述した排気入口４０１に相当する。
【００２９】
ケーシング４０内には、排気導入筒４３の上端から外周にかけて覆う下端開放箱状の筒カバー４６が設けられており、吸熱管４１は、この筒カバー４６の内周面と排気導入筒４３の外周面とで挟まれた空間（以下、「吸熱室」という）Ｓ２内に収容されている。
【００３０】
筒カバー４６の内側上面の中央部には、断面逆Ｖ字状の凹部４６０が形成されており、内筒４５の内部空間（以下「排気導入路」という）Ｓ１は、この凹部４６０下方の空間を介して吸熱室Ｓ２の上域へ繋がっている。
【００３１】
また、筒カバー４６の下端開放部４６２は、上記隆起部４２０の傾斜面Ｒ２の上方位置にあり、吸熱室Ｓ２は、この隆起部４２０上方の空間を介して筒カバー４６の外周面とケーシング４０の内周面とで囲まれた空間（以下、「排気導出路」という）Ｓ３の下域へ繋がっている。
【００３２】
さらに、ケーシング４０の天板４７の中央上部には、そのケーシング４０内の空気を器外へ排出するための排気筒４８が立設されている。排気筒４８の下端開放部４８１は、上記凹部４６０の裏面側（筒カバー４６の上面側）に形成された傾斜面Ｒ３の上方位置にあり、排気導出路Ｓ３は、この凹部４６０裏面の空間から排気筒４８の内部空間を介して器外へ繋がっている。
【００３３】
従って、バーナ２から缶体３０内へ放出された混合ガスの燃焼排気は、底カバー４４の隆起部４４０の裏面に沿って排気入口４０１へ導かれ、排気導入路Ｓ１内を上昇する。そして、内筒４５の上方へ送り出された燃焼排気は、凹部４６０の傾斜面Ｒ１に沿って燃焼室Ｓ２の上域へ導かれ、吸熱管４１の間隙を通って燃焼室Ｓ２内を降下する。その際、吸熱管４１の表面では燃焼排気中の水蒸気が凝縮し、潜熱が回収される。
【００３４】
さらに、筒カバー４６の下方へ送り出された燃焼排気は、隆起部４２０の傾斜面Ｒ２に沿って排気導出路Ｓ３の下域へ導かれ、排気導出路Ｓ３を上昇する。そして、凹部４６０裏面の傾斜面Ｒ３に沿って排気筒４８内へ導かれ、器外上方へ排出される。
【００３５】
一方、吸熱管４１の表面で凝縮した強酸性のドレンは、隆起部４２０の傾斜面Ｒ２へ滴下し、その傾斜面Ｒ２を伝って図示しない排水孔からドレン中和器へ回収される。
【００３６】
図３に示すように、吸熱管４１は、一本の蛇腹管を用いて、排気導入筒４３を中心として同一平面上で外側から内側へ巻回して第一の渦状部４１１を形成し、さらに一段上がった同一平面上で内側から外側へ巻回して第二の渦状部４１２を形成した渦状管体４１０を、上下に複数（ここでは、四つ）重ね合わせて構成されている。
【００３７】
また、上記渦状管体４１０の各渦状部４１１，４１２は、横方向に所定の間隔（例えば、１ｍｍ）を有しているとともに、それら各渦状部４１１，４１２相互は、上下に密接した状態で層を成して並設されている（図２参照）。
【００３８】
従って、吸熱室Ｓ２内へ導かれた燃焼排気は、上記各渦状部４１１，４１２の周囲で乱流となり、流速を低下させつつ渦状部４１１，４１２を通過し、排気導出路Ｓ３側へ送り出される。
【００３９】
また、図４に示すように、ケーシング４０の側壁４００には、複数の吸熱管接続口４０ａ，４０ｂが開設されており、渦状管体４１０の各入水側管端４１ａおよび出水側管端４１ｂは、上記側壁４００の内側面からこの吸熱管接続口４０ａ，４０ｂに接続固定されている。
【００４０】
さらに、上記側壁４００の外側面には、入水側の吸熱管接続口４０ａを覆う入水ヘッダ４９Ａと、出水側の吸熱管接続口４０ｂを覆う出水ヘッダ４９Ｂが接続されており、各渦状管体４１０の入水側管端４１ａは、この入水ヘッダ４９Ａを介して戻り配管Ｌ１へ繋がり、出水側管端４１ｂは、出水ヘッダ４９Ｂを介して顕熱熱交換器３の吸熱管３１へ繋がっている。
【００４１】
従って、戻り配管Ｌ１を通って入水ヘッダ４９Ａへ送り込まれた水は、入水ヘッダ４９Ａ内で各入水側管端４１ａへ分散され、渦状管体４１０内へ並列的に流れ込む。その際、渦状管体４１０内へ送り込まれた水は、その下段外側から中心へ向かって渦巻状に流れた後、さらに上段内側から外側へ向かって流れ、各出水側管端４１ｂから出水ヘッダ４９Ｂへ送り出される。そして、出水ヘッダ４９Ｂ内で集約され、顕熱熱交換器３の吸熱管３１へ至る。
【００４２】
このものでは、渦状管体４１０の各渦状部４１１，４１２を吸熱室Ｓ２内で層を成して並設したことによって、吸熱室Ｓ２内へ導かれた燃焼排気は、各渦状部４１１，４１２の周囲で乱流となってその流速を低下させつつ、渦状部４１１，４１２を通過するから、吸熱管４１の表面と燃焼排気との接触時間が比較的長くなる。その結果、吸熱管４１の表面に多くの水蒸気が凝縮し、潜熱が回収される。これにより、吸熱効率が向上する。
【００４３】
一方、吸熱管４１の表面で多量のドレンが発生し、水膜となって残留した場合には、各渦状部４１１，４１２への熱伝達が妨げられ、吸熱効率を低下させる恐れがあるが、このものでは、吸熱室Ｓ２内に吸熱管４１を設けたことによって、燃焼排気の下向きの流れが吸熱管４１の表面に付着したドレンの流下を促すから、渦状部４１１，４１２の表面に水膜が形成され難い。これにより、安定して高い吸熱効率を発揮できる。
【００４４】
尚、顕熱熱交換器３の吸熱管３１は、銅材で形成されており、強酸性のドレンが付着すればその表面が腐食する恐れがあるが、このものでは、潜熱熱交換器４の吸熱管４１を吸熱室Ｓ２内に設けたことによって、吸熱管４１の表面に付着したドレンは、顕熱熱交換器３側へ滴下しない。これにより、ドレンによる顕熱熱交換器３の吸熱管３１の腐食を防止できる。
【００４５】
さらに、渦状管体４１０相互が上下に密接した状態で重なり合っており、吸熱管４１の表面に付着したドレンがそれら各渦状管体４１０の表面を伝って流れ落ち易いから、それら表面に水膜が一層形成され難い。これにより、一層安定して高い吸熱効率を発揮できる。
【００４６】
また、底板４２の裏面および排気導入筒４３の内周面を二重構造にしたことによって、底カバー４４の裏面や内筒４５の内周面に燃焼排気中の水蒸気が凝縮し難いから、燃焼排気が吸熱管４１へ到達するまでの間に、その燃焼排気中の熱が奪われてしまうのを抑制できる。これにより、吸熱効率が一層向上する。
【００４７】
さらに、底板４２の裏面および排気導入筒４３の内周面を二重構造にしたことによって、底カバー４４の裏面や内筒４５の内周面にドレンが付着し難いから、それら表面から顕熱熱交換器３側へドレンが滴下し難い。これにより、ドレンによる顕熱熱交換器３の吸熱管３１の腐食を一層効果的に防止できる。
【００４８】
また、吸熱管４１を吸熱室Ｓ２内へ渦巻状に配設したことによって、潜熱熱交換器４全体の大きさを比較的コンパクトに構成できるから、潜熱回収型の給湯器１の小型化を図ることが可能である。
【００４９】
また、複数の渦状管体４１０を重ね合わせて一つの吸熱管４１を構成したことによって、ケーシング４０内に組み込む渦状管体４１０の数を増減させるだけで、給湯器１の性能に合わせた潜熱熱交換器４を製造できる。
【００５０】
尚、上記実施の形態では、戻り配管Ｌ１から送り込まれた水が、各渦状管体４１０を並列的に流れて顕熱熱交換器３の吸熱管３１へ送り出されるように構成されているが、各渦状管体４１０を直列的に接続し、戻り配管Ｌ１から一つの渦状管体４１０へ送り込まれた水が他の渦状管体４１０を順に流れた後、顕熱熱交換器３の吸熱管３１へ送り出されるように構成しても良い。
【００５１】
また、上記実施の形態では、本発明に係る潜熱熱交換器を給湯器１に組み込んだものを例示的に説明したが、本発明に係る潜熱熱交換器は、ガス湯沸器や風呂釜にも適用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・給湯器
２・・・バーナ
３・・・顕熱熱交換器
４・・・潜熱熱交換器
４０・・・ケーシング
４０１・・・排気入口
４１・・・吸熱管
４１０・・・渦状管体
４１１，４１２・・・渦状部
４３・・・排気導入筒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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